耐火材料制備工藝

耐火材料制備工藝,耐火材料制備工藝,耐火材料制備工藝,V:1.0精細(xì)整理，僅供參考耐火材料制備工藝,日期：20xx年X月耐火材料制備原理及工藝摘要耐火材料是一種耐火度不低于1580℃，有較好的抗熱沖擊和化學(xué)侵蝕的能力、導(dǎo)熱系數(shù)低和膨脹系數(shù)低的無機(jī)非金屬材料。其主要是以鋁礬土、硅石、菱鎂礦、白云石等天然礦石為原料經(jīng)加工后制造而成的。其應(yīng)用是用作高溫窯、爐等熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料，以及工業(yè)用高溫容器和部件的材料，并能承受相應(yīng)的物理化學(xué)變化及機(jī)械作用。主要是廣泛用于冶金、化工、石油、機(jī)械制造、硅酸鹽、動力等工業(yè)領(lǐng)域，在冶金工業(yè)中用量最大，占總產(chǎn)量的50％～60％。耐火材料的發(fā)展在國民工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用中有著舉足輕重的地位。中國耐火材料的發(fā)展歷史悠久，具有了較為完整的生產(chǎn)工藝，其當(dāng)代的發(fā)展已經(jīng)是能獨(dú)立研發(fā)各種性能較為優(yōu)越的耐火材料，但依然存在各種缺點(diǎn)和不足。關(guān)鍵詞耐火材料分類，原理工藝，前景前言耐火材料是耐火度不低于1580℃的材料。一般是指主要由無機(jī)非金屬材料構(gòu)成的材料和制品，耐火度是指材料在高溫作用下達(dá)到特定軟化程度時的溫度，它標(biāo)志材料抵抗高溫作用的性能，是高溫技術(shù)的基礎(chǔ)材料。沒有耐火材料就沒有辦法接受燃料或發(fā)熱體散發(fā)的大量熱，沒有耐火材料制成的容器也沒有辦法使高溫狀態(tài)的物質(zhì)保持一定時間。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，不但對耐火材料質(zhì)量要求越來越高，對耐火材料有特殊要求的品種越來越多，形狀越來越復(fù)雜。其成產(chǎn)流程大多如圖1-1。原料加工原料加工干燥泥料制備成型燒成制備圖1-1耐火材料的生產(chǎn)流程[1]1耐火材料的分類和性能要求分類按組成來分耐火材料可分為硅質(zhì)制品、硅酸鋁質(zhì)制品、鎂質(zhì)制品、白云石制品、鉻質(zhì)制品、鋯質(zhì)制品、純氧化制品及非純氧化物制品等。按工藝方法來劃分可分為泥漿澆注制品、可塑成形制品、半干壓成形的制品、由粉末非可塑料搗固成形制品、由熔融料澆注的制品、經(jīng)噴吹或拉絲成形的制品及由巖石鋸成的天然制品等。根據(jù)耐火度來分可分為普通耐火材料制品，其耐火度為1580℃~1770℃；高級耐火材料制品，其耐火度為1770℃~2000℃；特級耐火材料制品。其耐火度為2000℃℃可分為定形耐火材料制品，如燒成磚。電熔磚。耐火隔熱磚以及實(shí)驗(yàn)和工業(yè)用坩堝。器皿等特殊制品；不定形耐火材料制品，簡稱散裝料，在使用地點(diǎn)才制成所需要的形狀和進(jìn)行熱處理，如澆注料、搗打料、投射料、耐火泥等；耐火纖維，如鋁纖維、硅酸鋁纖維等，使用時一般經(jīng)過加工成毯、氈、板、繩。組合鍵和纖維塊制品?；拘阅芤竽突鸩牧系男阅鼙憩F(xiàn)在諸多方面，其中它的物理性能包括結(jié)構(gòu)性能、熱學(xué)性能、力學(xué)性能、使用性能和作業(yè)性能。結(jié)構(gòu)性能包括氣孔率、體積密度、吸水率、透氣度、氣孔孔徑分布等。熱學(xué)性能包括熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、比熱、熱容、導(dǎo)溫系數(shù)、熱發(fā)射率等。力學(xué)性能包括耐壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、耐磨性、蠕變性、粘結(jié)強(qiáng)度、彈性模量等。使用性能包括耐火度、荷重軟化溫度、重?zé)€變化、抗熱震性、抗渣性、抗酸性、抗堿性、抗水化性、抗CO侵蝕性、導(dǎo)電性、抗氧化性等。作業(yè)性包括稠度、塌落度、流動度、可塑性、粘結(jié)性、回彈性、凝結(jié)性、硬化性等。其中耐火度是耐火材料的最主要的性能技術(shù)指標(biāo)，耐火度越高，其質(zhì)量也好[2]。耐火材料的重要性體現(xiàn)在：影響爐子生產(chǎn)率，影響產(chǎn)品質(zhì)量，影響爐子壽命，以及影響產(chǎn)品成本。2傳統(tǒng)耐火材料的生產(chǎn)工藝原料的加工原料的加工主要包括原料的精選提純.均化或合成；原料的干燥和煅燒；原料的粉碎和分級。耐火原料的選礦方法包括手選、沖洗、重選、浮選、磁選、電選、機(jī)械揀選和化學(xué)選礦等幾種。=1\*GB3①手選，可以說所有的耐火原料都經(jīng)過手選，從采礦分級堆放中就開始手選，揀出雜質(zhì)含量高的廢石，不同品級分別堆放。一般適用于大塊物料。=2\*GB3②沖洗，原料加工前用水沖洗礦石，洗掉粘附在礦石表面的泥土及雜質(zhì)，一般適用于大于100mm的塊狀物料。=3\*GB3③重選，在介質(zhì)流中，利用礦物原料密度不同進(jìn)行選別。重選適用粒度范圍寬，從幾百mm到1mm以下，選礦成本低，對環(huán)境污染小。=4\*GB3④浮選，利用各種礦物原料顆粒表面對水的濕潤性的差異進(jìn)行選別。浮選通常能處理小于的物料，原則上能選能選別各種礦物原料，是一種用途最廣泛的方法。=5\*GB3⑤磁選，利用礦物顆粒磁性不同，在不均勻磁場中進(jìn)行選別。耐火原料磁選大多用于除去鐵、鈦等雜質(zhì)。=6\*GB3⑥電選，利用礦物顆粒電性的差別，在高壓電場中進(jìn)行選別。主要用于分選導(dǎo)體，半導(dǎo)體和非導(dǎo)體礦物。電選機(jī)處理顆粒范圍窄，處理能力低，原料需要干燥，因此受到限制，但成本不高，分選效果好，污染小，主要用于粗精礦的精選。[3]原料粉碎方式=1\*GB3①壓碎，緩慢地施加壓力于物料，主要用在粗碎、中碎的硬質(zhì)料，如顎式破碎機(jī)。=2\*GB3②擊碎，瞬息間加力于物料。主要用在中碎、細(xì)碎的脆性料。如反擊式粉碎機(jī)，自磨機(jī)。=3\*GB3③剪碎，在一定的壓力下，借剪切力進(jìn)行研磨，主要用于細(xì)碎或韌性料。如球磨機(jī)，輥磨機(jī)。=4\*GB3④劈碎，在支點(diǎn)間施力。主要用在粗碎、中碎或脆性料。如崔氏粉碎機(jī)。[4]配料與混練配料組成：（1）化學(xué)組成：主成分，易熔雜質(zhì)總量和有害雜質(zhì)量的規(guī)定。（2）顆粒配比。（3）常溫結(jié)合劑。（4）原料中水分和灼減的換算。配料方法：重量：磅秤、自動稱量稱、稱量車、電子稱、光電數(shù)字顯示稱。容積：帶式、板式、槽式、圓盤式、螺旋式、振動給料機(jī)。混練：使不同組分和粒度的物料同的物料同適量的結(jié)合劑經(jīng)混合和擠壓作用達(dá)到分布均勻和充分潤濕的泥料制備過程。其中混練設(shè)備:單軸和雙軸攪拌機(jī)、混砂機(jī)（混合、攪拌）濕碾機(jī)（混合、攪拌和擠壓，更均勻）混練機(jī)混合原理：=1\*GB3①對流混合，顆粒從物料中的一處大批地移動到另一處，類似于流體中的騷動。=2\*GB3②擴(kuò)散混合，分離的顆粒散布在不斷展現(xiàn)的新生料面上，如同一般的擴(kuò)散作用那樣。=3\*GB3③剪切混合，在物料集合體內(nèi)部，顆粒之間相對緩慢移動，在物料中形成若干滑移面，就像薄層流體運(yùn)動。三種混合機(jī)理在混合機(jī)中不是絕對分隔的。各類混合機(jī)的混合機(jī)理如下表：混合機(jī)類型移動混合擴(kuò)散混合剪切混合重力氏（容器旋轉(zhuǎn)）大中小強(qiáng)制式（容器固定）大中中氣流式大小大[5]磚坯的成型耐火坯料借助于外力和模型，成為具有一定尺寸、形狀和強(qiáng)度的坯體或制品的過程方法：1.半干法2.可塑法3.注漿法4.振動成型5.熱壓注成型6熱壓成7.電熔注法8.等靜壓成型壓力機(jī)磚坯干燥用蒸發(fā)的方法從磚坯中排除水分的過程叫磚坯干燥。有利于提高坯體的機(jī)械強(qiáng)度，有利于裝窯操作并保證燒成初期能夠順利進(jìn)行，是耐火材料工藝必不可少的過程。其過程分為三個階段，1.等速干燥階段2.降速干燥階段3.低速及平衡干燥階段如圖干燥方式分為常溫干燥和加熱干燥:=1\*GB2⑴常溫干燥:一般堆放在空氣通的廠房內(nèi)風(fēng)干或陰干。一般可塑法和手工成型或壓機(jī)成型水分含量大的轉(zhuǎn)坯先風(fēng)干，有一定強(qiáng)度后再進(jìn)入其他干燥器內(nèi)繼續(xù)干燥。=2\*GB2⑵加熱干燥：常用以下幾種類型的干燥設(shè)備及方法:=1\*alphabetica.干燥坑:由磚砌的火坑。把磚坯碼放在鋪有砂子的坑上，用火箱加熱，煙氣經(jīng)坑下的煙道加熱砂子，是其干燥。接近火箱處溫度較高，離火箱越遠(yuǎn)溫度越低，干燥不均勻，耗熱量大。=2\*alphabeticb.室式干燥：干燥熱源一般采用空氣預(yù)熱，被干燥的磚坯碼在干燥車上進(jìn)行干燥。干燥器載熱體溫度和濕度可調(diào)，氣流分布叫均勻，一般適用于干燥大型和特異型制品。此外還有隧道干燥，電熱干燥，紅外干燥，超聲波干燥等。制品燒成耐火材料的燒成是一個復(fù)雜的工藝過程。通過燒成，使坯體中各種反應(yīng)趨于完全、充分、液相數(shù)量繼續(xù)增加，結(jié)晶相進(jìn)一步成長而達(dá)到致密化。常用以下設(shè)備：窯現(xiàn)代耐火材料的生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)陶瓷的生產(chǎn)工藝是將原料制成細(xì)粉再成型。但是由于特種耐火材料化學(xué)的高純度，超級耐火性能，各種特殊性能，復(fù)雜的制品形狀，特別的使用要求，還有隔熱耐火材料，由于它的特殊結(jié)構(gòu)，氣孔不小于45%，幾乎所有的耐火材料都追求高致密度，唯有它追求有一定強(qiáng)度的低密度。所以在生產(chǎn)工藝方面，除了按耐火材料的傳統(tǒng)工藝外，還要有降低制品體積密度，增加氣孔率的方法。熔鑄法是物料經(jīng)高溫熔化后，直接澆鑄成制品的方法。一般是配料混勻和細(xì)磨等工序，在電弧爐內(nèi)溶化，然后澆注入耐高溫的鑄型中，再經(jīng)冷卻結(jié)晶、退火或切割制成制品。如熔鑄莫來石磚、剛玉磚和鎂磚等。它們的坯體致密，機(jī)械強(qiáng)度高、高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，抗渣性好，使用范圍不斷在擴(kuò)大。生產(chǎn)中主要通過控制熔化的氣氛、熔融溫度和冷卻條件，以保證高的生產(chǎn)效率、析晶符合要求和形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但在冷卻析晶過程中，往往由于析晶溫度不一致，產(chǎn)生晶粒偏析而使制品內(nèi)部形成集中的空洞縮孔。熔融噴吹法是將物料放在電弧爐中熔融成熔體，在熔體流出的瞬間，以高壓空氣或過熱蒸汽進(jìn)行噴吹，使熔融物料分散成纖維或形成空心球的方法。這是生產(chǎn)耐火纖維和空心球（氧化鋁空心球或氧化鋯空心球）的主要方法。制品主要用作輕質(zhì)耐火、隔熱材料。此外，還可制成粉狀或粒狀不定形耐火材料，臨用時以焦油、瀝青、水泥、磷酸鹽、硫酸鹽或氯化鹽等結(jié)合劑膠結(jié)，不經(jīng)成型和燒結(jié)而直接使用。耐火材料的發(fā)展展望發(fā)展不定型耐火材料不定型耐火材料被喻為第二代耐火材料，同燒成定型耐火材料有以下優(yōu)點(diǎn)：=1\*GB3①不定型耐火材料不需要壓磚機(jī)和燒成熱工設(shè)備，工廠占地小，基本建設(shè)投資低。=2\*GB3②節(jié)約能源，耗能僅為燒成品的115~120.=3\*GB3③勞動強(qiáng)度低，可完全機(jī)械作業(yè)，生產(chǎn)效率高。=4\*GB3④可任意造型，制成整體襯體，強(qiáng)度高，抗熱震性好，無接縫，氣密性好，散熱損失小。用電容法生產(chǎn)原料和制品熔鑄磚與陶瓷結(jié)合磚相比主要優(yōu)點(diǎn)是晶間結(jié)合，晶體發(fā)育好，排列緊密，氣孔少，蠕變率小，盡管材料中存在低熔相，但它填充在晶體骨架空隙中，并不起主導(dǎo)作用。通過電熔還能起到除雜質(zhì)，如高鋁礬土中的SiO2，F(xiàn)e2O3，MgQ，K2O，Na2O等的提純作用。因此電熔材料的特點(diǎn)是：=1\*GB2⑴結(jié)構(gòu)致密，氣孔率低，如采用氧化法的電熔ZrO2大型塊體顯氣孔率為%~1%；=2\*GB2⑵材料純度高，如我國用Al2O3大于85%的高礬土熟料電熔成Al2O3不小于%的亞白剛玉；=3\*GB2⑶荷重軟化溫度小；=4\*GB2發(fā)展?fàn)t體冷卻技術(shù)，加強(qiáng)耐火材料保護(hù)采用水冷代替耐火材料在高溫設(shè)備上屢見不鮮。煉鋼電爐采用水冷爐蓋和水冷爐壁技術(shù)，使電爐使用壽命顯著提高。超高功率電爐爐蓋和爐壁熱流增大，采用水冷技術(shù)可使熔損部分被噴濺上的爐渣冷卻而補(bǔ)充。泡沫渣埋弧技術(shù)是在不斷增加渣量的前提下，使渣厚度增加。主要原理是渣中FeO與C反應(yīng)生成CO氣體，慢慢從渣中溢出，使渣保持泡沫化狀態(tài)，從而減小弧光對稱的熔損，降低耐火材料的損耗。水冷使電能消耗增大，1t鋼約增加5%~10%，但使用壽命延長，檢修停爐時間縮短，特別是耐火材料消耗降低55%~90%，總得經(jīng)濟(jì)效益是好的。采用水冷與合適的耐火材料相配合應(yīng)該是未來爐窯等熱工設(shè)備的發(fā)展方向。[6]5結(jié)束語作為中國工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)步中不可或缺的生產(chǎn)因素，耐火材料在中國的發(fā)展是有著長久的歷史的，當(dāng)今的發(fā)展已經(jīng)研究開發(fā)了高鋁磚、鎂鋁磚、焦?fàn)t硅磚、碳磚、碳化硅磚、電熔莫來石磚、耐火混凝土和不燒磚等廣泛應(yīng)用在國民工業(yè)生產(chǎn)中的較好的耐火材料。如今耐火材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于鋼鐵工業(yè)有色冶金工業(yè)、建材工業(yè)以及化工和垃圾焚燒等領(lǐng)域。而今后的發(fā)展前景是朝著原料優(yōu)質(zhì)化、向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變、開拓新品種、新工藝、耐火材料綜合消耗等方向發(fā)展，繼續(xù)研發(fā)科學(xué)